在遥远的恒星系统中JWST看到行星形成的终结

每一颗恒星的形成，都代表着可能性的爆发。不是为了明星本身;它的命运是由它的质量决定的。它所代表的可能性存在于它周围形成的行星中。有些会很岩石吗?他们会在宜居带吗?有一天，任何行星上都会有生命吗?

每个恒星系统的发展都有一个不能再形成行星的时刻。由于没有更多的气体和尘埃，因此无法形成更多的行星，并且不断扩大的行星可能性被截断。但恒星系统行星的总质量永远不会等于年轻恒星周围可用气体和尘埃的总质量。

质量发生了什么变化，为什么不能形成更多的行星?

当原恒星在氢分子云中形成时，它伴随着一个由气体和尘埃组成的旋转盘，称为星周盘。随着物质聚集成越来越大的物体，星子形成，并最终形成行星。此时，该圆盘被称为原行星盘。但无论我们怎么称呼它，旋转的圆盘都是形成行星的物质储存库。

在我们的太阳系中，岩石物体比气态物体更多。不是按质量而是按数量。科学家认为，与我们相似的系统形成了相似数量的岩石和气态物体。

但在太阳系的早期，气体的数量远多于固体。这与年轻恒星周围的圆盘所含气体比固体多100倍这一事实相矛盾。所有的气体都去哪儿了?

基于JWST观测的新研究提供了答案。这项研究是“JWSTMIRIMRS对TCha的观测：空间分辨盘风的发现”。该研究发表在《天文学杂志》上，主要作者是亚利桑那大学月球与行星实验室的博士生纳曼·S·巴贾吉(NamanS.Bajaj)。

TChamaelontis(TCha)是一颗年轻的金牛座T星，距离我们约335光年。金牛座T型恒星的年龄还不到1000万年，尚未进入主序带。在它们发展的这个阶段，金牛座T星周围的圆盘正在消散。圆盘中的气体正在积极地扩散到太空中。

“了解气体何时扩散很重要，因为它让我们更好地了解气态行星需要多长时间消耗周围的气体，”主要作者巴贾吉说。“通过对这些围绕年轻恒星的盘(行星的诞生地)进行前所未有的观察，JWST帮助我们揭示了行星是如何形成的。”

由于恒星周围圆盘中形成的行星的类型和数量取决于可用的气体和尘埃的数量，因此了解它们如何以及何时扩散是了解最终恒星系统的基础。

“因此，简而言之，行星形成的结果取决于圆盘的演化和分散，”巴贾吉说。

除了年轻之外，TCha值得注意的还有另一个原因。它被侵蚀的星周盘中有一个约30个天文单位宽的巨大尘埃间隙。间隙的内侧是靠近恒星的狭窄材料环，间隙的外侧是盘材料的其余部分。一颗行星候选者存在于缺口中，但不属于这项研究的一部分。

驱散气体的力称为盘风。在这项研究中，参与研究的科学家使用JWST探测圆盘并发现驱动风的因素。这是科学家第一次对盘风进行成像。

电离在磁盘分散中起着重要作用。当来自恒星的高能光子撞击原子并去除一个或多个电子时，就会发生电离。不同类型原子的电离会释放出JWST可以看到的特殊光，科学家可以用它来追踪磁盘中的活动。在这项研究中，JWST检测到两种被电离的稀有气体：氩和氖。詹姆斯韦伯太空望远镜还检测到了双电离氩，这是首次在磁盘中检测到。

天文学家十年前就知道Neii可以追踪盘风。与美国宇航局斯皮策太空望远镜合作的科学家们发现了这一点。在TCha，Neii追踪远离圆盘的发射，这与圆盘风兼容。

巴贾吉说：“我们图像中的霓虹灯特征告诉我们，盘风来自远离盘的扩展区域。”“这些风可能是由高能光子(本质上是来自恒星的光)驱动的，也可能是由穿过行星形成盘的磁场驱动的。”

了解电离源至关重要。为了深入研究这个问题，研究人员依靠模拟。研究人员模拟了来自年轻恒星的强烈辐射，并将其与JWST的观测结果进行了比较。有一个很好的匹配表明，高能恒星光子可以驱动圆盘扩散。

伊拉里亚·帕斯库奇说：“我们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了空间分辨氖发射，并首次检测到双电离氩，这可能成为改变我们对气体如何从行星形成盘中清除的理解的下一步。”LPL的一位教授，他帮助发现了霓虹灯追踪盘风的现象。“这些见解将帮助我们更好地了解历史以及对我们自己的恒星系统的影响。”

作为年轻的TTauri明星，TCha正在迅速改变。大约17年前，斯皮策太空望远镜的观测结果揭示了与JWST观测结果不同的光谱。这种差异可以用TCha附近的一个小内盘材料来解释，该材料在17年间明显损失了质量。用具体的科学术语来说，MIRI[Neii]通量比2006年获得的Spitzer通量高50%。未来的研究可以帮助进一步阐明这些风诊断线。

参与这项研究的LPL二年级博士生ChengyanXie认为，我们正在实时观察圆盘的扩散，并且事情将继续迅速变化。

“与其他研究一起，这也暗示TCha的圆盘正处于进化的末期，”谢说。“在我们有生之年，我们或许能够见证TCha内盘中所有尘埃团的消散。”

行星形成可能即将在TCha停止，而JWST正在帮助我们看到它的发生。